1）微型化
• 随着集成电路制造技术及工艺的深入发展，微机械和微 机电工艺取得了很大的进展，它们不仅将数微米至数百 微米的机构集成在芯片中，而且同时集成了计算机、驱 动器和微执行器件。 2）模块化 • 机电一体化系统是由各种单元组成的，如驱动单元、控 制单元等。但是目前各单元之间并没有完全标准化，从 而使机电一体化系统的设计和各种单元的选用受到了很 大的限制，成本也很高。
微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传
感器检测技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术 以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化 组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质 量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并保 证整个系统最优化运行的系统工程技术。由此而产生的功 能系统，称为机电一体化系统或机电一体化产品。
机械和机电部件相互联系的系统” 。
• 通常来说，机电一体化是指在机械的主 功能、动力功能、信息处理功能和控制功 能上引进电子技术，将机械装置与电子化 设备及软件结合起来所构成的系统的总称。 如图1-1所示为机.1 机电一体化的基本概念
• 机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、
图1-5 指针式石英钟步进电动机原理图
1.3 机电一体化相关技术及特点
• • • • • • 精密机械技术 传感器检测技术 伺服驱动技术 信息处理技术 自动控制技术 接口技术
1.3.1 机电一体化相关技术
• • 1.精密机械技术 精密机械技术是机电一体化的基础。精密机械在满足强度、刚 度和抗振性的基础上，要能实现很好的控制，因此，在结构、材 料和性能上与传统机械有所不同。 • 2.传感器检测技术 • 传感器检测技术是系统实现自动控制和调节的重要环节。传感 器检测的精度和分辨力直接决定系统所能达到的最高精度，其检 测的信息全面与否决定着系统的自动化程度，而检测信息的准确 度和灵敏度直接影响系统的精度。 3.伺服驱动技术 伺服驱动技术根据电动机和机械系统的特性来实现高品质的控 制，它必须能快速准确地实现信号的跟踪、误差的调整等，同时 须具有一定的抗干扰能力，并且能够稳定地工作。
1.3.1 机电一体化相关技术
• • 4.信息处理技术 信息处理技术主要是根据各种理论和算法，通过计算机 对信息进行运算、判断与决策。 5.自动控制技术 自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应 控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等各种内容。 6.接口技术 接口技术是系统中相当重要的部分，它实现了各种相互 关联的若干功能单元之间的有机连接，因此，也有人将机 电一体化技术称为接口技术。
图1-3 数控机床的组成
1.2.2 机电一体化系统的实例
• • 2.指针式石英钟 如图1-4所示为指针式石英钟的组成框图。接通电源后，电流通过集成 电路流入石英晶体。由于石英晶体的压电效应，使其开始出现机械变形， 产生32768 Hz的振荡信号。该信号经过缓冲器缓冲后，驱动能力增强。然 后进行16级二分频，即65536 Hz分频，输出0.5 Hz的频率。窄脉冲形成电 路主要是将1 s的脉冲宽度变窄为31.25 ms，使脉冲能量减小，节约电能。 该窄脉冲通过功率放大器后驱动步进电动机运行。而步进电机则通过机械 装置（齿轮）使指针运行，实现时间的指示功能。
1.2.1 机电一体化系统的组成
• 机电一体化系统的组成可归纳为机械本体、动力单元、控制和信 息处理单元、传感器检测单元和执行单元及其驱动5部分。这些单 元的功能和关系如图1-2所示。
图1-2 机电一体化系统组成
1.2.2 机电一体化系统的实例
• • 1.数控机床 数控机床是机械制造设备，其种类很多，但是所有数控机床的组成有 很多共同点。数控机床一般由输入/输出（I/O）装置、计算机控制装置、 可编程逻辑控制器、伺服驱动系统、检测装置和机床本体等组成，其中I /O装置、计算机控制装置、可编程逻辑控制器组成了系统的控制和数据 处理单元，如图1-3所示。
图1-4 指针式石英钟的组成框图
机电一体化系统的实例
•
指针式石英钟的步进电动机，它由定子线圈、永磁式转子和铁芯组成，其 原理如图1-5所示。为了防止转子反转或者转向不定，在铁芯或者转子上采用了 非直线对称磁场，从而在转子置入未通电线圈的定子中时，形成了一个启动角度 。当功率脉冲加到线圈上时，在铁芯上便产生磁场，磁场的极性随着脉冲极性的 变化而交替发生变化，转子随着脉冲极性的变化以π的步距角运转。
机电一体化技术
第 1章 绪论
1.1 机电一体化的基本概念
• 日本机械振兴协会 1981 年给出定义是 “机电一体化是指在机械的主功能、动力 功能和信息处理功能与控制功能的基础上 引进了微电子技术，并将机械装置和电子
设备及软件等有机结合的系统的总称” 。
• 美国机械工程师协会在1984年给出的 定义是“由计算机信息网络协调与控制的， 用于完成机械力、运动和能量流等任务的
1.3.2 机电一体化特点和发展趋势
3）智能化
目前人工智能的应用还在实验阶段，随着控制理论的发 展，机电一体化产品将跟多地应用各种先进的控制理论 ，使产品智能程度更高。
4 ）网络化
• 工业现场在地域上具有很大的分散性，如高速公路的隧 道设备控制、发电厂的各个系统的控制和信息采集以及 化工企业的各种阀门控制等。它们均有多个控制对象， 并且对象之间有一定的距离。随着技术的发展和各种标 准的统一，各类单一控制对象和系统经过网络连接后可 以实现远距离整体控制，网络化是机电一体化系统发展 的一个趋势。
• • • •
1.3.2 机电一体化特点和发展趋势
• • • • • • • 1.机电一体化特点 1）综合性与系统性 2）层次多，覆盖面广 3）体小量轻，结构简化，方便操作 4）高速度，高精度 5）高可靠性，高稳定性 6）柔性化和智能化
1.3.2 机电一体化特点和发展趋势
• 2.机电一体化的发展趋势